Διερεύνηση και σχεδιασμός σύνδεσης διαφραγματικού τοίχου με πυρήνα γεωφράγματος

Abstract

Ο ρόλος διαφραγματικού τοίχου στον έλεγχο της διήθησης νερού στη θεμελίωση των φραγμάτων είναι καθοριστικός, στις περιπτώσεις έδρασης των φραγμάτων σε μεγάλου βάθους αλλουβιακές αποθέσεις, όπου η πλήρης απομάκρυνση τους για την αποκάλυψη του βραχώδους υποβάθρου θεμελίωσης είναι τεχνοοικονομικά ασύμφορη. Σκοπός της μεταπτυχιακής εργασίας είναι η διερεύνηση και ο σχεδιασμός σύνδεσης διαφραγματικού τοίχου με πυρήνα γεωφράγματος με κριτήριο τις αναπτυσσόμενες υδραυλικές κλίσεις στην περιοχή σύνδεσης. Στην παρούσα εργασία παραθέτονται βασικά στοιχεία για τα γεωφράγματα και στοιχειώδεις έννοιες απαραίτητες για τη μελέτη της διήθησης νερού διαμέσου του σώματος και της θεμελίωσης τους. Γίνεται αναφορά σε βασικές αρχές της υπόγειας ροής, στα δίκτυα ροής και στις αναπτυσσόμενες δυνάμεις διήθησης. Έμφαση δίνεται στη ροή διαμέσου γεωφράγματος, στο ρόλο της διήθησης στην ευστάθεια της κατασκευής και στις μεθόδους ελέγχου της. Για τη διακοπή ή τον έλεγχο της ροής νερού διαμέσου της θεμελίωσης και τον έλεγχο των ανωστικών πιέσεων είναι απαραίτητη η κατασκευή διαφραγματικού τοίχου για την οποία δίνονται βασικές αρχές σχεδιασμού. Ιδιαίτερα αναφορά γίνεται στις καταλληλότερες μεθόδους κατασκευής του διαφραγματικού τοίχου και στους λόγους εφαρμογής τους. Ακόμα, παραθέτονται παραδείγματα του ελληνικού και διεθνή χώρου. Η ανάλυση της διήθησης για τη διερεύνηση της σύνδεσης διαφράγματος με πυρήνα γίνεται με τη βοήθεια έτοιμου λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων για το οποίο περιγράφονται βασικές αρχές και ιδιότητες. Έπειτα την περιγραφή των απαραίτητων στοιχείων για την υλοποίηση των μοντέλων προσομοίωσης, ακολουθεί η ανάλυση των αποτελεσμάτων διήθησης που θα αναδείξουν το αποτελεσματικότερο μήκος εισχώρησης σε συνάρτηση με την υδραυλική αγωγιμότητα των ζωνών πυρήνα-θεμελίωσης-διαφραγματικού τοίχου, την κλίση παρειών πυρήνα και τη γεωμετρία της κεφαλής του. Τα αποτελέσματα της έρευνας που πραγματεύεται η συγκεκριμένη μεταπτυχιακή εργασία συντελούν στην κατανόηση της συμπεριφοράς του διαφραγματικού τοίχου στην περιοχή σύνδεσης με πυρήνα γεωφράγματος έναντι της διήθησης, λαμβάνοντας υπόψη την αποτελεσματικότητα του μήκους εισχώρησης και τη διαμόρφωση της κεφαλής του στη μείωση των αναπτυσσόμενων υδραυλικών κλίσεων. Η αξιοποίησή τους έγκειται στο πλήθος γεωφραγμάτων που κατασκευάζονται στον ελληνικό χώρο.

The role of cutoff wall in seepage control is vital, especially in cases where the large depth of alluvial deposits renders the excavation and the direct foundation on the bedrock economically and technically unfeasible. Interruption of groundwater flow through the semi pervious deposits due to the construction of a cutoff wall, results in the formation of high hydraulic gradients in the core, which may cause erosion of core's material into the pervious foundation. Penetration of the cutoff wall into the central core of an embankment dam mitigates the hydraulic gradients. The scope of this postgraduate dissertation is a detailed examination of the hydraulic behavior of cutoff wall/core connecting system through finite element analysis. The outcomes of seepage analysis define the most efficient penetration length and the configuration of the upper part of cutoff wall. Aiming for an overall understanding of seepage through embankment dams, this dissertation begins by providing primarily information of dams as structures and their foundation. Reference to principles of water flow through soils is made, focusing on soil properties, flow nets and seepage forces. Seepage through embankment dams may cause instability problems, so seepage control methods are mentioned. The construction of a cutoff wall is a method of preventing or reducing seepage through dam foundation and helps in pore water pressure reduction, so basic principles of its design are given. Thorough description of the most suitable construction methods and materials is given with reference to dams that have been constructed in Greece and abroad. Seepage analysis is made through the use of the finite element software GeoStudio 2007 (SEEP/W), consequently, knowledge of its basic instructions and potential is necessary. Designation of the simulation models is given i.e. material models and properties, boundary conditions, geometry and meshing. Extensive examination of the seepage analysis outcomes at the end of this dissertation concludes with the indication of the most effective penetration length by taking into consideration the hydraulic conductivity of core - foundation - cutoff wall zones, the typical inclinations of core zone and the configuration of the upper part of the diaphragm wall.